金属 3D プリントと CNC 加工: 補完的か、それともどちらか一方か?

金属 3D プリントと CNC 加工: 補完的か、それともどちらか一方か?
出典: マテリアライズ

設計の自由度と柔軟性の向上は、無駄の削減、生産効率の向上、機能上の利点の達成につながります。金属 3D プリントの核心的な利点は、徐々に市場に知られるようになってきています。同時に、反復的な大量生産、表面仕上げ、特に正確な許容誤差に関するニーズは、依然として CNC 加工の利点です。しかし、両者の間に競争がなかったらどうなるでしょうか?それは2つの選択肢から選ぶことではないですか?

私たちは、Materialise 社の金属 3D プリント技術マネージャーである Ingo Uckelmann 氏にインタビューし、多くの場合、これら 2 つの製造技術が互いに対立するのではなく、補完し合うことができる (そして補完するべきである) 理由について話し合いました。

Q: 具体化する
A: インゴ・ウッケルマン


Q: 部品の製造に金属 3D プリントを選択する鍵は、他の技術 (CNC 加工を含む) に比べて優れている点ではないでしょうか?


A: 「いいえ、これは長年の誤解です。金属 3D プリントは、他の製造技術やプロセスと同様に、独自の利点と欠点があり、手元のタスクに基づいて検討する必要があります。重要なのは、メーカーにオプション、つまり別の方法を提供することです。」

「CNC 加工には、金属 3D プリントにチャンスをもたらす重要な違いがいくつかあります。たとえば、減算型製造プロセスでは、CNC 加工では金属 3D プリントよりも多くの原材料の無駄が発生します。金属原材料はより高価であり、チタン合金の場合はコスト効率が特に重要です。」

「CNC 加工は基本的に特殊な切削工具を使用して部品を成形するため、この工具も必要です。この特殊な工具がなければ、アンダーカットの作成など、工具を作成するための別のプロセスが必要になります。また、5 軸加工を使用しても、固定部品には加工できないフィーチャがまだ多くあることも意味します。円筒形の工具では、「完全な角度」を加工するのが困難です。アンダーカットによって内部の直角を実現する必要があります。そうしないと、エッジが曲がってしまいます。」

「付加的なプロセスでは、3D プリントではサポート以外のパーツ用のカスタム ツールは必要ないため、湾曲したエッジの問題はありません。3D プリントでは、組み込みのフロー チャネルなど、より複雑な形状が可能になり、パーツの重量を軽減したり、機能を追加したりすることができます。本質的には、ソフトウェア設計が物理的なツールの作成に取って代わります。」

Q: しかし、これらの利点は、3D プリントが常に最善のソリューションであることを意味するわけではありませんか?

A: 「はい、CNC 加工には明らかな利点があります。その 1 つは、精度の高さです。各軸の精度はわずか数ミクロンで、追加の加工なしで非常に高い表面仕上げを実現できます。CNC 加工は一般に、許容誤差の点でも 3D 印刷より優れており、「熱処理と再加工」のプロセスを必要としません。CNC 加工は重量部品にも非常に適しています。」

「内蔵フローチャネル、複雑な形状、軽量化、統合コンポーネントなどの 3D プリントの設計/機能上の利点が利用できない場合は、CNC 加工を使用して少量部品をより迅速かつ安価に製造できます。」

「問題は、多くのメーカーが、これらの技術の長所と短所に基づいて、どちらかの技術を選択しなければならないと感じていることです。実際には、それらの長所を正しく適用すれば、組み合わせることで、より大きな機会を生み出すことができます。」

Q: メーカーがこれらの相補的な強みからどのようなメリットを得られるか、例を挙げて説明していただけますか?

A: 「先ほど許容誤差について触れました。多くの自動車、航空宇宙、その他の高精度製品では、金属部品に 3D プリントで実現できる以上の許容誤差が求められます。しかし、3D プリントが提供する設計柔軟性 (多くの場合、軽量化や人間工学の向上のため) は、まさにこれらのアプリケーションに必要なものです。3D プリント部品の上に CNC 加工を施すことで、両方の長所を活かすことができ、許容誤差は場合によっては ±0.005 mm まで小さくなります。」

「同様に、厳密な公差が求められる微細な表面仕上げ、特に他の部品と正確にフィットする必要がある部品の場合、部品を少し大きめに 3D プリントし、5 軸フライス加工などの CNC 加工を使用して必要な精度を実現できる可能性があります。」

「材料にも利点があります。これまで、3D プリント技術では、材料の制限により、チタン、アルミニウム、インコネル、ステンレス鋼の強度、耐腐食性、熱特性などの機械的特性を活かすことができませんでした。現在では、これらの材料に加えて、さらに多くの合金/超合金が 3D プリントに使用でき、CNC 加工によって精密に加工することもできます。製品開発エンジニアは、使い慣れた材料を使用することで、より柔軟に作業を行うことができます。」

「同様に重要なのは、3DP を使用した設計最適化によって特定の形状や機能上の利点が得られるのと同様に、金属部品の 3D プリント ファイルを CNC 加工用に最適化できるため、メーカーは低コストで希望の仕様を実現できるということです。回転、再配置、プロセスの複雑さ、カスタム固定具は、CNC を使用して複雑な金属部品を作成するときによく使用されますが、コストがかかります。3D プリントを使用すると、「初期の構造上の制約」を最小限に抑えるか完全に排除できるため、ねじ山の追加など、単純だが重要な後処理作業を CNC マシンに任せることができます。」

「設計/性能上の利点に加えて、3D プリントと CNC の長所を組み合わせて金属部品を製造すると、射出成形ソリューションをカスタム開発するよりも、多くの場合、より迅速かつコスト効率に優れています。これらの機能と、デジタル製造プロセスによって提供される設計反復の利点を組み合わせると、金属部品製造におけるこの「強力な組み合わせ」がメーカーにとって興味深いものである理由がはっきりとわかります。」

Q: どちらの製造方法もデジタルなので、別々のプロセスとして簡単に設定できるということですか?


A: 「はい、実際この利点は、3D プリント製造に CNC 加工を追加した主な理由でもあります。」

「部品は最終的に CNC 加工されることがわかっているため、3D プリント部品の設計段階でこの可能性を最大限に引き出すことができます。データセットは CNC 要件に完全に一致しており、生産と製品処理が合理化されます。当社は、特定の形状と機能の複雑な設計と CNC の精度を組み合わせた「オールインワン」ソリューションをお客様に提供しています。これにより、2 つの完全に別々のプロセスによって発生する追加のリードタイムと管理上の遅延も排除されます。プリント部品とフライス加工部品の納期は、最短 12 営業日です。」

「私たちにとって、この統合は3Dプリントソフトウェアとテクノロジーをさらに開発し、金属3Dプリントの進歩を前進させるチャンスです。今こそこの分野に参入する絶好のタイミングであり、私たちはお客様がこのチャンスをつかめるようお手伝いできることを楽しみにしています。」

Materialise は常にお客様のそばにいて、製造上の課題の解決をお手伝いします。製品デザインが必要な場合は、ガイダンスと提案を提供できます。
出典: マテリアライズ


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